El cambio del electrolito es uno de los objetivos de los desarrolladores de nuevas baterías, ya que esta parte es uno de los elementos más sensibles, ya que entra en combustión en cuanto se pone en contacto con el aire. Sin embargo, esta parte es imprescindible porque el electrolito es el medio por el que viajan los iones de litio entre el ánodo y el cátodo conforme se carga y descargar la batería.
Hacer este electrolito sólido no sólo haría las baterías seguras, sino que también se abre un nuevo mundo de posibilidades. Por ejemplo, si el ánodo de las baterías estuviera hecho de litio puro y no de una mezcla de cobre y grafito como en la actualidad, se podría eliminar uno de los grandes problemas para aumentar la densidad de energía de las baterías. El principal problema con el uso de electrolitos sólidos en la actualidad es que, conforme se van expandiendo y contrayendo, el electrolito termina por fragmentarse.
Nuevos materiales sólidos para baterías más seguras y densas
Por ello, el grupo de investigadores del MIT han desarrollado una solución a este problema usando una combinación de materiales sólidos conocidos como conductores mixtos iónico-electrónicos (MIEC) y aisladores de electrones y iones de litio (ELI). Con ellos crearon una arquitectura tridimensional en forma de panal hexagonal con una serie de tubos nanométricos hechos de MIEC.
Estos tubos se hacen de metal de litio sólido para formar el ánodo de la batería, y como dentro queda hueco, el metal de litio tiene espacio para expandirse y contraerse con cada carga y descarga. Gracias a ello, el material es sólido, pero al dejarle espacio para moverse como un líquido mantiene su estructura sólida.
Todo este proceso ocurre en la estructura hexagonal, donde los ELI protege las paredes de los tubos y actúa como un aglutinante entre los iones de litio y el electrolito sólido. El resultado es que, cuando la batería está cargándose, las dimensiones cambiantes del metal de litio están contenidas dentro de la estructura de manera que las dimensiones externas no cambian.
Gracias a ello, la batería cuenta con un ánodo que es estable química y mecánicamente durante todos los procesos de carga y descarga, donde el litio no pierde nunca el contacto con el electrolito sólido. Esta es la primera vez que se consigue algo así, ya que otras baterías de electrolito sólido habían requerido de algún tipo de electrolito líquido o en forma de gel para que actuara como nexo de unión. Por ello, esta es la primera batería de estado sólido de verdad.
Con ella pueden crearse móviles que duren días
En las pruebas que han realizado con las baterías, los científicos hicieron 100 ciclos de carga y descarga en los que no vieron ninguna fractura ni desgaste. Con este diseño consiguen además ánodos que pueden almacenar la misma energía que ahora, pero en cuatro veces menos tamaño. La batería final puede tener un 50% más de carga que una actual dado el mismo tamaño, siendo mucho más estable, y que afirma que hace que un móvil dure hasta tres días.
Además, afirman que fabricarlas es relativamente sencillo y muy barato, ya que los materiales necesarios se utilizan ya en la actualidad, y la mayor parte de su diseño consiste en usar manganeso, que es muy barato y ya se usa en multitud de baterías. De hecho, es más barato que el litio o el níquel, por lo que los cátodos podrían costar hasta cinco veces menos.
